《生活中的圓周運動》教學設計

一、【教材分析】

（一）結構和地位

本節是人教版高中《物理》必修2第五章《曲線運動》的第7節，也是本章的最后一節。學習本節內容既是對圓周運動規律的復習與應用，又是后面繼續學習天體運動規律及帶電粒子在磁場中做圓周運動的基礎，具有承上啟下的作用。

教材安排了鐵路的彎道，汽車過拱橋，航天器中的失重現象，離心現象四個方面的內容。為了在教學中突出重點、分散難點，我將教材內容進行了重新整合，分兩課時完成。本節課為第一課時，主要討論鐵路的彎道設計意圖和汽車過拱形橋的情況。

（二）學習目標

1.會在具體問題中分析向心力的來源、確定圓周運動的軌道平面；

2.會用牛頓第二定律解決生活中較簡單的圓周運動問題。

通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯系實際的觀點，提高分析和解決問題的能力。

通過對實例的分析，激發學生的學習興趣以及求知欲和探索動機；培養學生的團隊精神、合作意識。

（三）重點及難點

重點：分析具體問題中向心力的來源。

難點：分析具體問題中向心力的來源及向心力的方向（圓周運動軌道平面的確定）。

二、【學情分析】

通過前面的學習，學生已經對圓周運動有了較為清晰地認識，但是對于向心力的概念理解還不夠深入，在尋找向心力的來源、確定圓周運動的軌道平面方面還存著在很大困難。同時高一的學生思維活躍，求知欲強，他們很希望參與到課堂中來，自主的解決問題。

三、【設計思想和教學理念】

設計思想：依據新課標的要求“提高物理學科素養，面向全體同學，倡導研究性學習。”著眼學生全面發展和終身學習的需要，注重知識遷移，優化學習方式，把學科研究作為發現科學事實，揭示科學規律的過程和方法。

教學理念：以學生為主體，教師為主導，以問題為紐帶，化結果為過程，因材施教，分層次教學，倡導研究性學習。

四、【教學方法】

啟發式和討論式相結合、講授法、分析歸納法。使用情境激趣、設疑引導、適時點撥的方式引領學生完成學習的任務。

五、【教學資源】

（1）多媒體課件；

（2）自制教具：車輪模型、彎道模型；

六、【教學過程】

（一）設置情景、引入新課

提出兩個問題：1.物體是如何完成圓周運動的？在圓周運動的過程中滿足怎樣的規律？使學生帶著問題進入課堂，既引起了他們的興趣，又為他們的學習指明了方向。

（二）復習提問、明確方法

情景：繩拉球在水平面內做勻速圓周運動。

學生分析，教師做出總結：分析圓周運動問題，就是要求出物體需要多大的向心力，提供向心力的來源是什么，圓周運動的物體所處的軌道平面在哪，從而建立供需平衡方程，這是解決圓周運動問題的一般思路。

（三）環節一 ——鐵路的彎道

1.認識火車車輪的結構和軌道特點

教師首先使用自制教具──火車車輪模型，展示火車車輪在水平桌面上的運動，學生通過觀察，并通過課件再現，認識到火車火車車輪的構造，并提示學生思考車輪輪緣的作用。

2.內外軌道等高的情況：通過圖片的展示，進一步提出問題：你認為火車在水平軌道上轉彎時向心力來自哪里？經過觀察和思考，學生已經不難想到向心力的來源。又追問：你認為這樣的轉彎方式有什么弊端嗎？學生通過思考后，不難回答出這樣做的危害性。

3.軌道外高內低的情況：

為避免上述危害，那么設計師有什么好的方法嗎？通過提問，了解學生對實際鐵路彎道特點的認識情況。而后通過圖片，使學生認識鐵路彎道處內軌低而外軌高的特點；從而發出疑問，彎道處這樣設計的用意何在呢？

提示學生從受力分析入手，找到此時向心力的來源，并要求學生畫出受力分析圖。

4.確定軌道平面

除了正確的分析外，學生很可能將重力與支持力的合力畫成沿斜面向下，這是對彎道的圓心位置分析不清造成的，對學生可能做出的兩種向心力的方向，我不直接評論對錯，而是采用以下兩種方法從兩個方面去確定：

一是類比漏斗內小球的圓周運動，從受力分析角度研究，發現彎道的內側與漏斗的內壁相似性；二是通過自制彎道教具模擬演示，引導學生自己做出鐵路的彎道處的路基，認識彎道處路基的特點，此時，將一個完整的環形彎道放在擬合的圓軌道上展示給學生，使學生一目了然，準確的找到圓周運動的軌道平面，即向心力的方向 在通過類比受力分析和模擬演示，成功的突破了這一教學難點。而且使學生在合作中，培養了動手能力和交流合作的能力。

然后趁熱打鐵，引導學生從定性到定量，寫出重力與支持力的合力的表達式，為下一步的學習做好準備。

5.理論聯系實際

首先，設計了一段半徑為r，傾角為θ的鐵路彎道，你會如何規定火車轉彎的速度？提示學生從解決圓周運動一般本思路出發，從供需平衡關系入手，列出方程，從而得出限定速度的表達式。從表達式的得出過程，引導學生理解，限定速度的規定實際是為了保證由重力和支持力的合力提供向心力，從而避免車輪和鐵軌間的擠壓，保證行車安全。

并提示學生思考，如果火車速度過快或過慢會怎么樣呢？學生已經不難認識到火車速度過快會使火車脫軌，過慢會帶來輪緣的擠壓帶來的損壞等問題。然后引導學生用供需平衡條件來解釋這一問題，深化了學生認識。

為了突出重點，這里暫不提出離心現象這一問題。只是通過現象的分析和認識為離心現象的教學做好鋪墊。

（四）環節二 ——汽車過拱橋

教師：我們已經探究了研究水平面內的圓周運動的方法和實例，下面我們繼續研究豎直面內的圓周運動。

1.分別以拱形橋和凹形橋為例，從供需平衡的角度結合解決此類問題的基本思路進行分析。

2.討論不在橋面最高點時的情況。

五、【小結】學生歸納，教師補充

通過本節教學不僅使學生認識到解決圓周運動問題的一般方法，更重要的是使他們認識到火車轉彎的模型在生活中是普遍存在的，認識到解決實際問題的靈感的來源。使學生認識到自行車轉彎、汽車轉彎也有相似的情況，從水平面到豎直面，從特殊到一般。同時通過對事故原因的科學分析，使學生認識到尊重規律的重要性，培養學生嚴謹的學習態度。

六、【布置作業】

思考題見課件。

七、【教學反思】

本節課較多地站在學生角度審視教材，設計適合不同學生的需求方案，學生活動設計起點低、落點高。

不足之處可能會出現在學生活動的充分性與課堂時間有限性存在矛盾，也正是此原因，設計中舍棄了大部分師生互動討論換來對重點的突出。